大型轴伸贯流式水轮发电机组的设计与开发.doc

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1、大型轴伸贯流式水轮发电机组的设计与幵发摘要：国内目前转轮直径最大的带增速器的轴伸贯流式水轮发电机组已投入发电。介绍这方面的代表东风电机公司开发大型轴伸贯流式水轮发电机组的设计思路、结构特点等。关键词：轴伸贯流水轮发电机组结构设计1概述大型轴伸贯流式水轮发电机组是东风电机公司开发的一种结构简单、性能优良、安装维护方便的机型，它适用于低水头、大流量电站的装机，一般使用水头在〜18m，直径等级在D1彡3m以及单机额定出力N=5丽以下的机组。该机型发电机移出灯泡体，露在水轮机外，还可采用各种形式的增速装置。由于可采用

2、常规发电机，中小型机组经济性显著。在中小型水力资源的开发中，轴伸贯流比灯泡贯流投资少、经济性好，在安装、使用、维修、保养上比灯泡贯流方便，在性能方面也和灯泡贯流机接近。下表列出了东风电机公司已投入运行的部分该类机型及典型电站。2总体布置轴伸贯流水轮机组，水流从进水管引入，经导水机构、转轮、尾水管排至尾水渠道。转轮室后的肘管成S型，水轮机主轴从肘管中水平穿过后通过增速器与常规发电机联结。水轮发电机组设2导1推共3个轴承，其中水轮机侧设有2个轴承。水轮机径向轴承布置于固定支座内，径向推力轴承布置于肘管密封座与增速

3、器间的厂房地板上；发电机的径向轴承布置于转子的下游侧。发电机和水轮机轴承共用一个供油系统，集中供油。为保证机组的运行稳定，发电机机坑底部距流道有足够的距离。轴伸贯流水轮机是水平轴向布置的，没有蜗壳，流道也是轴向的，水流平行于水轮机轴流向转轮，可以把导水机构布置在靠近转轮叶片的位置上，从而充分控制转轮入口处的水流条件，使转轮具有更佳的抗气蚀性能。导水机构采用锥形布置，16只导叶成圆锥状布置在内外配水环之间，其锥角为65°。考虑机组运行的稳定性，进水管的座环与尾水管大部分埋入混凝土中。水轮机进水管顶部开有方形孔，

4、以供装卸灯泡体内工件时使用。对于流道内的水轮机部分设有4根定支柱，其中上支柱是油、气、水管路的入口，下支柱是排水管、排油管的出口，并且水轮机流道内的零部件重量以及动载荷通过固定支柱传递到基础上。调速器与油压装置分开布置，设置于水轮机上游侧，通过操作油管、反馈钢丝绳与水轮机的导水机构相连。轴承高位油箱布置在距机组中心线8〜10m的副厂房内，回油箱及增速器的液压站布置于水轮机机坑内。总体布置见3水轮机主要结构特点转轮及主轴轴伸贯流水轮机转轮参数选择与灯泡贯流式转轮不同。例如叶栅稠密度1八值的大小，是影响单位转速、

5、单位流量的重要因素。选择较小的1八值，转轮就具有大的过流能力和高的单位转速。然而“S”型尾水管限制过大的流量通过，因1八值过小，水流能量转换不充分引起水力效率下降。因此，轴伸贯流水轮机转轮采用周边较小的1八值，而靠近轮毂处采用较大的1八值，叶片平均稠密度也较大，叶片进出水边均为曲线。除此之外，叶片相对的扭角较灯泡转轮稍小，这样选择参数设计出的转轮具有优良的能量和气蚀特性。对于转桨式轴伸贯流式水轮机，其转轮的转桨机构为带操作架的直连杆机构。桨叶回复机构设在受油器上，通过扇形板和钢丝绳将机械运动输出。转轮叶片的密

6、封采用多层“U”橡胶。为便于转轮安装，转轮泄水锥分为上下两部分。转桨式轴伸贯流式水轮机支撑方式与定桨式相同，均为两支点支撑。由于主轴长、跨距大，为增加主轴刚度，减轻主轴重量，主轴采用空心锻件，或采用厚壁无缝钢管、焊接法兰结构。根据轴伸贯流式水轮机的特点，其支撑位置、主轴直径和内孔尺寸应经多方案优选而定。轴伸贯流式水轮机结构复杂，发电机转速低，与小机组相比，尺寸大、重量重，故要求水轮机拆装时不移动发电机。为此，在两轴之间设置分半过渡法兰，就能很方便地单独拆装、维护水轮机或发电机。轴伸贯流式水轮机主轴特长，其主轴

7、、转轮的安装是一个重要问题。绝大部分的轴伸贯流式水轮机主轴从肘管出轴处拉出，这会增加厂房的宽度，同时要移动增速器、推力轴承、发电机等。也有采用转轮室、直锥管、肘管按轴线水平分开的，这样虽然解决了主轴的吊装问题，但又增加了机壳的安装麻烦，提高了机组的制造成本。于是，采取转轮室、直锥管进行分半，伸缩节设在直锥管与肘管之间。水轮机主轴与发电机大轴之间设分半过渡法兰，在拆卸转轮及主轴时，可以不移动其它部件而迗到拆卸目的，主轴及转轮可以直接从分半转轮室、分半直锥管处吊装。导水机构导叶采用整体铸钢，二支点结构。导叶翼型为

8、空间扭曲型线，上、下轴承均采用自润滑材料轴承。导叶轴头密封处可采用热套不锈钢或镀铬保护的措施，以防锈蚀影响密封的性能。为了便于安装，导叶短轴设在导叶内环上，与导叶内环轴孔配合。导叶密封采用“Y”型加“0”型密封。导叶轴与导叶臂采用圆柱销分半键传递转矩。导叶上、下端面间隙的调整是通过导叶轴端的螺栓及调整垫环厚度来实现的，在关闭状态下其端面总间隙为〜，立面局部间隙在1/4导叶高度范围小于，这个要求既能保